Анализ образцов астероида Бенну объяснил загадку его валунов

Международная группа ученых под руководством Эндрю Райана из Лаборатории лунных и планетных исследований Университета Аризоны обнаружила, что шероховатая поверхность астероида Бенну, усеянная массивными валунами, ведет себя в тепловом спектре подобно мелкозернистому песку из-за обширных трещин, пронизывающих горные породы. Результаты исследования, проливающие свет на расхождения между наземными наблюдениями и данными зонда, были опубликованы в научном журнале Nature Communications.

Когда в 2018 году космический аппарат NASA OSIRIS-REx достиг цели своего путешествия — астероида Бенну, ученых ждал неприятный сюрприз. Вместо относительно гладкого тела с обширными участками мелкозернистого реголита, пригодного для безопасного забора грунта, аппарат запечатлел изрезанный, шероховатый мир, буквально усеянный огромными валунами.

Это открытие вступило в противоречие с более ранними наблюдениями, в частности, с данными инфракрасного телескопа «Спитцер» 2007 года. Телескоп зафиксировал низкую тепловую инерцию Бенну  — способность поверхности быстро нагреваться на солнце и остывать в тени, что характерно для рыхлых материалов вроде песка на пляже. Монументальные же каменные глыбы, подобно бетонным блокам, должны были бы удерживать тепло гораздо дольше.

«Когда OSIRIS-REx прибыл к Бенну в 2018 году, мы были удивлены увиденным, — рассказал Эндрю Райан, возглавлявший рабочую группу по физическому и термическому анализу образцов. Мы ожидали увидеть какие-то валуны, но предполагали, по крайней мере, несколько больших участков с более гладким и мелким реголитом, который было бы легко собрать. Вместо этого, казалось, там были одни валуны, и мы долго думали над этим».

Разгадка пришла только после успешной доставки образцов грунта на Землю и их всестороннего изучения в лабораториях. Первоначальная гипотеза о том, что валуны Бенну могут быть необычайно пористыми, подобно губке, подтвердилась лишь частично. Ключ к тайне нашелся, когда группа исследователей из Нагойского университета в Японии применила к образцам метод лазерной термографии.

Оказалось, что тепловая инерция, измеренная у мелких частиц в лаборатории, оказалась намного выше той, что зафиксировали приборы зонда на астероиде. Чтобы разрешить это противоречие и корректно «масштабировать» свойства мелких частиц до размеров гигантских валунов, ученые применили передовые методы анализа.

Ключевую роль сыграла рентгеновская компьютерная томография, проведенная в Космическом центре НАСА в Хьюстоне. Уникальность процедуры заключалась в том, что образцы все время находились в герметичных контейнерах с азотной атмосферой, что исключало их контакт с земным воздухом. «Образец помещается в свой собственный «скафандр», проходит компьютерную томографию, а затем возвращается в свою первозданную среду, при этом не подвергаясь воздействию земной среды», — пояснила Николь Ланнинг, ведущий куратор образцов OSIRIS-REx. «Рентгеновская компьютерная томография позволяет нам заглянуть внутрь объекта в трех измерениях, не повреждая его», — добавил соавтор исследования Скотт Эккли.

Трехмерные снимки, полученные с помощью томографии, позволили создать компьютерные модели теплового потока и, наконец, разгадать загадку. «Оказалось, что они тоже сильно повреждены, и это был недостающий кусочек пазла», — констатировал Эндрю Райан. Именно обширные сети микроскопических и более крупных трещин, пронизывающие породы Бенну насквозь, кардинально меняют их тепловые свойства. При масштабировании до размеров валунов эти трещины заставляют массивные глыбы вести себя в тепловом спектре подобно рыхлому грунту, что и объясняет расхождения в данных «Спитцера» и OSIRIS-REx.

Рон Баллуз из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, второй автор статьи, подчеркнул фундаментальное значение этой работы. По его словам, она меняет сам подход к интерпретации структуры астероидов по их тепловым характеристикам, получаемым с Земли. Теперь у ученых есть эталон для калибровки этих методов, что позволит в будущем гораздо точнее судить о природе и внутреннем строении далеких небесных тел.

В итоге благодаря доставленным на Землю образцам с астероида Бенну ученые раскрыли причину парадоксального теплового поведения его поверхности. Анализ показал, что массивные валуны астероида пронизаны густой сетью глубоких трещин. Именно эта сильная поврежденность заставляет их нагреваться и остывать так, словно они состоят из мелкого песка, что полностью объясняет разницу между наблюдениями с телескопа «Спитцер» и данными аппарата OSIRIS-REx.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях